Ciężka burza magnetyczna kategorii G4 (15-16.04.2025): podwójna erupcja filamentów, podwójne CME wymierzone w Ziemię: opracowanie wydarzenia

Po kiepskim marcu, który przyzwyczaić nas mógł do solidniejszych burz magnetycznych i który w 2025 roku nie zawiódł tylko pod względem liczby burz, a niech ich intensywności, wreszcie doczekaliśmy się większego wydarzenia. Za nami druga ciężka burza magnetyczna kategorii G4 w tym roku, pierwsza od 1 stycznia. To zarazem druga w 25. cyklu słonecznym tej skali burza, kiedy jej powodem nie są rozbudowane grupy plam emitujące silne rozbłyski lecz pospolite zjawiska erupcji filamentów zdarzające się w najróżniejszych etapach każdego cyklu słonecznego. Wydarzenie, które jak pierwotnie wydawało się, że umknie nam ponad chmurami, zaczynające się w noc z pełnym zachmurzeniem nad całą Polską, swój finał z najwyższą aktywnością przedłużyło na następną noc z już bezchmurnym niebem w praktycznie całym kraju.

Okres poprzedzający te wydarzenia charakteryzował się dość niską jak na obecny etap cyklu aktywnością słoneczną. Na tarczy widocznych było kilka regionów aktywnych, ale żaden z nich nie generował silniejszych rozbłysków, także w chwilach, gdy zdolne do emisji takich zjawisk obszary podczas skierowania na Ziemię nie korzystały ze swojego potencjału. Równocześnie, w koronie słonecznej utrzymywały się długie, ciemne struktury filamentów – chłodniejszej i gęstszej plazmy utrzymywanej w ryzach przez złożone pola magnetyczne, typowe w obecnym czasie, choć mogące występować na przestrzeni większości każdego cyklu.

Koniec pierwszej połowy kwietnia 2025 roku na Słońcu upłynął jednak pod znakiem dynamicznych procesów związanych z niestabilnością wspomnianych struktur zawieszonych w koronie. Wieczorem 12 kwietnia i zaledwie 7 godzin później, o poranku 13 kwietnia, byliśmy świadkami dwóch dość okazałych erupcji filamentów, które wygenerowały koronalne wyrzuty masy (CME), w tym jeden o strukturze full-halo - gwarantującej uderzenie takiego CME w Ziemię bez możliwości rozminięcia z naszą planetą.

Proces erupcji był dynamiczny. Obserwacje w skrajnym ultrafiolecie, zwłaszcza w kanałach rejestrujących chłodniejszą plazmę (m.in. w kanale AIA 304), ukazały gwałtowne uniesienie się filamentu, jego rozciąganie i ostateczne oderwanie od powierzchni Słońca. Pomiędzy każdym z wyrzutów zachodziła spora różnica w prędkości erupcji - drugi CME został uwolniony z wyższą prędkością i zanim czoło pierwszego CME zniknęło z pola widzenia koronografu LASCO C3, front drugiego wyrzutu już praktycznie dogonił poprzednią erupcję. Rodziło to szansę na znaczne zwielokrotnienie gęstości napływającego wiatru na Ziemię wraz ze spodziewanym uderzeniem CME, który dzięki temu powinien okazać się skumulowanym obłokiem z obydwu zdarzeń docierającym do nas w jednym momencie.

  

Animacja zdjęć z nocy z 12/13.04 w długości fali 304 angstremów z sondy SDO (po lewej) ukazująca moment erupcji dwóch filamentów położonych nieopodal centrum tarczy - pierwszy ulega rozerwaniu 12.04 około godz. 21:35 UTC i uwalnia CME głównie na południowy wschód z szansą na napływ skrajnej flanki zachodniej, drugi filament eksploduje 13.04 około 05:00 UTC uwalniając znacznie rozleglejszy CME który na kolejnych obrazach z LASCO i CCOR-1 ukazuje strukturę full-halo (po środku) - co dawało pewność nadchodzącego uderzenia w Ziemię. Zdjęcia z LASCO C3 (po prawej) pozwoliły się przekonać o znacznej różnicy w prędkości uwolnienia obydwu CME - drugi wyrzut, uwolniony około 7 godzin po poprzednim, dogania pierwszą erupcję zanim ta opuszcza pole widzenia koronografu. Credit: SDO/SOHO/LASCO.

Prognozy pogody kosmicznej zaczęły uwzględniać możliwość dotarcia tego CME do Ziemi w ciągu około 2-3 dni od erupcji, czyli w okolicach 14-15 kwietnia 2025 roku. Agencja SWPC wystosowała prognozę umiarkowanej burzy magnetycznej kategorii G2 na 16.04, którą podniosła do silnej kategorii G3 - jak się później miało okazać - dosłownie w ostatnim momencie przed uderzeniem CME.

Dwa dni później po raz kolejny w tym cyklu przekonaliśmy się, że wydarzenia tego typu pokazują jak bardzo filamenty słoneczne są istotnymi rezerwuarami energii magnetycznej i jak ich destabilizacja może prowadzić do znaczących wyrzutów materii w przestrzeń kosmiczną, nawet jeśli nie towarzyszą im bardzo silne rozbłyski klasy M czy X. Kluczową rolę odgrywa tu konfiguracja pola magnetycznego utrzymującego filament. Gdy ta konfiguracja staje się niestabilna (np. przez ruchy w fotosferze lub wynurzanie się nowego strumienia magnetycznego), energia jest gwałtownie uwalniana, prowadząc do erupcji.

Uderzenie

Zgodnie z przewidywaniami opartymi na analizie trajektorii i prędkości koronalnego wyrzutu masy (CME) wygenerowanego podczas erupcji filamentu 12-13 kwietnia, jego czoło dotarło do magnetosfery Ziemi we wczesnych godzinach porannych 15 kwietnia 2025 roku. Precyzyjne dane z ACE czy DSCOVR - satelitów monitorujących wiatr słoneczny w punkcie Lagrange'a L1 wysuniętym około 1,5 mln "przed" Ziemię na linii Słońce-Ziemia zarejestrowały uderzenie CME około godziny 16:30 UTC (18:30 CEST) - bardzo korzystnie dla Polski w perspektywie bliskiego zmierzchu, gdyby nie fakt, że cały kraj tonął w pełnym zachmurzeniu.

Natężenie pola magnetycznego wiatru słonecznego (IMF) wzrosło z 6 do 21nT, prędkość z z 380 do blisko 490 km/sek., a gęstość z 5 do ponad 30 protonów/cm3 przy dominacji południowego kierunku składowej Bz o niewielkim na razie odchyleniu do -10nT. Moment przybycia CME charakteryzował się gwałtownymi zmianami w parametrach plazmy wiatru słonecznego bardzo typowymi dla impaktów CME.

Już około godz. 17:30 UTC godzinę po uderzeniu CME osiągnięty został stan słabej burzy magnetycznej kategorii G1. Nieco później gęstość napływającego na Ziemię wiatru przekraczała momentami 50 protonów/cm3, co stanowiło najwyższe jak dotąd poziomy od początku roku, będące 10-krotnym wzrostem wartości względem sytuacji sprzed wydarzenia wyrzutu. Skierowanie Bz wykazywało typowe wahania dla okresów przechodzenia Ziemi przez dopiero najbardziej zewnętrzne warstwy wyrzutu, bez stabilizacji warunków typowych.

Przed godz. 20:00 UTC rozwinęła się umiarkowana burza magnetyczna kategorii G2, dzięki pierwszemu wyraźniejszemu okresowi południowego kierunku składowej Bz, która opadła do -20nT, przy nasileniu IMF do momentami 28nT. Kamery internetowe w nadbałtyckim Kap Arkona na północnym cyplu Niemiec (szerokość geograficzna Gdańska) ukazywały już w tym momencie w wąskich pasmach między dominującym zachmurzeniem ewidentną poświatę purpurowo-czerwonej zorzy polarnej, która niewątpliwie byłaby także rejestrowana z Polski w razie lepszej sytuacji pogodowej. Mimo dominacji zachmurzenia, około godz. 20:40 UTC nadeszło pierwsze potwierdzenie zorzy polarnej z obszaru Polski - tym razem pierwsza relacja spłynęła z Suwalszczyzny.

W tym samym momencie nastąpiło kolejne "odblokowanie" potencjału wiatru słonecznego i kolejny zastrzyk energii dla burzy magnetycznej - składowa Bz powróciła do umiarkowanie południowych wartości -12 do -16nT, prędkość wiatru wzrosła z 380 km/sek. sprzed uderzenia do blisko 580 km/sek., przy niezmiennie wysokiej gęstości oscylującej około 30-40p/cm3 i dużej sile IMF, z Bt przekraczającym 20nT. Były to warunki dające potencjał do jeszcze wyższej aktywności geomagnetycznej, ale ostatecznie okazało się, że w pierwszą noc (15/16.04) burza magnetyczna była jedynie umiarkowana. Wysoki potencjał wiatru wynikający z IMF przekraczającego 20nT został wykorzystany tylko w ograniczonym stopniu przez długotrwale północny kierunek pola magnetycznego w drugiej połowie nocy, co blokowało silniejszy rozwój aktywności; nie nadszedł też w ciągu nocy kolejny impakt CME na podobieństwo wieczornego z 15.04, co prawdopodobnie mogło oznaczać otrzymanie przez Ziemię skumulowanego uderzenia z dwóch CME w jednym momencie - poza brakiem zmian typowych dla kolejnego uderzenia CME mogłaby to tłumaczyć także wielogodzinnie zwiększona gęstość wiatru utrzymująca się przez całą noc.

Taka blokada wynikająca z północnego Bz trwała także po świcie i utrzymała się przez ponad 6 kolejnych godzin. Około 12:00 UTC nastąpiło jednak ponowne odblokowanie wciąż dość wyraźnego potencjału wiatru i wejście w magnetyczny rdzeń CME o stabilnie południowym kierunku Bz rzędu -15 do -18nT przy całkowitym natężeniu IMF (Bt) 17nT. W efekcie po sześciu godzinach wygaszenia aktywności powróciliśmy do umiarkowanej burzy magnetycznej kategorii G2 rozpoczynając jej drugi rozdział - gdy wydawało się, że jest już po wszystkim. Warunki nie tylko kształtowały się coraz bardziej obiecująco by myśleć o intensyfikacji burzy do wyższej kategorii, ale także następowało to w zupełnie odwrotnej sytuacji pogodowej nad naszym krajem, który w noc z 16/17.04 miał już cieszyć się bezchmurnym niebem praktycznie nad całą Polską. Szansa na dogrywkę zaczęła rosnąć.

Po godz. 14:30 UTC indeks HPI szacujący całkowitą energię uwalnianą w górnej atmosferze w postaci zorzy polarnej  na skutek "bombardowania" wiatrem słonecznym przekroczył 160 GW. Dzięki trwałej dominacji dość silnie południowego Bz rzędu -16nT wspięliśmy się do stanu silnej burzy magnetycznej kategorii G3 - na 4 godziny przed zmierzchem. W godzinę przed skryciem się Słońca pod horyzont natężenie IMF zmalało tylko o 1nT, do 16nT, podobnie południowe odchylenie kierunku pola - z -16 do -15nT, co w dalszym ciągu czerpało cały potencjał wiatru jaki był wówczas dostępny na rzecz wzmacniania kondycji burzy. Zwiastowało to gwarancję dostrzegalności zorzy polarnej z obszaru Polski po coraz bliższym zmierzchu.

W tym momencie byliśmy w bardzo komfortowej sytuacji. Długotrwałe "dolewanie energii" burzy stabilnie południowym Bz pozwoliło w okresie 18:00-21:00 UTC - na sam początek nocy nad Polską - osiągnąć stan ciężkiej burzy magnetycznej kategorii G4, co stanowiło przekroczenie o dwie kategorie pierwotnej prognozy agencji SWPC. Było to w tym momencie największe wzburzenie aktywności geomagnetycznej od Nowego Roku. Okres z aktywnością burzy na taką skalę okazał się jednak jednorazowym epizodem poprzedzającym ostatni etap całego wydarzenia. Już po 21:00 UTC aktywność burzy gwałtownie opadła z kategorii G4 do G1, a po północy (16/17.04) aktywność ostatecznie wygasła wskutek nagłej zmiany składowej Bz na północą, szybko blokującą podtrzymywanie burzy.

Autorka: Anna Frymark-Szymkowiak - okolice Bydgoszczy, kujawsko-pomorskie

Autorka: Anna Zastawa - Imielenko, wielkopolskie

Autor: Artur Walkowiak - okolice Poznania, wielkopolskie

Autorka: Barbara Liszewska -15.04.2025 - Suwalszczyzna

Autorka: Barbara Liszewska -15.04.2025 - Suwalszczyzna

Autor: Dominik Wolanin - Zastawie, lubelskie

Autorka: Karolina Hermann - Jantar, pomorskie

Autorka: Karolina Hermann - Jantar, pomorskie

Autor: Leszek Bartczak - północ Poznania, wielkopolskie

Autorka: Małgorzata Maćkowiak-Bartczak - północ Poznania, wielkopolskie

Autorka: Mar Qzma - Sokółka, podlaskie

Autorka: Mar Qzma - Sokółka, podlaskie

Autorka: Marta Rodzińska - Leszno, wielkopolskie

Autor: Mateusz Możuch - Lubowidz k. Lęborka, pomorskie

Autor: Michał Skowroński - Kraśnik Koszaliński, zachodniopomorskie

Autor: Michał Skowroński - Kraśnik Koszaliński, zachodniopomorskie

Autorka: Monika Rebus - Słupsk, pomorskie

Autor: Piotr Skotowski - środkowa Polska

Autor: Roman Biesiadecki - okolice Radomia, mazowieckie

Podczas zapadającego drugiego zmierzchu w ramach całego wydarzenia i w pierwszej połowie nocy 16/17.04 Polska szczęśliwie "wstrzeliła się" w jednorazowy epizod ciężkiego wzburzenia aktywności geomagnetycznej, co zaowocowało mnóstwem relacji o widoczności zorzy polarnej z całego kraju. Co ważne jednak, nasilenie to było bardziej efektem wcześniejszego wzburzenia warunków i napędzania burzy w godzinach dziennych, niż odpowiedzią na słabsze warunki panujące po zmierzchu nad Polską, co sprawiło, że przez większą część wieczora zjawisko okazało się stosunkowo słabo dostrzegalne jak na skalę nasilenia burzy i tylko krótkotrwale bywało dostrzegalne gołym okiem w postaci pojedynczych filarów - w pozostałym czasie stanowiąc głównie zabarwienie północnej części nieba bez wyraźniejszych struktur czy dynamiki.

Mimo, że przez krótki czas zorza była widoczna gołym okiem, przez większą część tej nocy przypominała bardziej jej jedynie fotograficzne wystąpienia obserwowane w najsłabszych burzach. Można zakładać z dużą pewnością, że gdyby nie krótkotrwała podburza około godz. 21:00 UTC będąca bezpośrednim skutkiem zmiany Bz na północny, nieco ponad godzinę wcześniej, paradoksalnie - nawet krótkotrwała widoczność gołym okiem mogłaby nie wystąpić.

Sokolim okiem w zorzę

Okolice Czatków, pomorskie; 19:00-22:00 UTC; Bortle 5

Jeśli chodzi o moje wrażenia i obserwacje, była to pierwsza tegoroczna zorza polarna, jaką mam okazję zarejestrować. Była to zdecydowanie najsłabsza zorza, jak na tak znaczące nasilenie aktywności geomagnetycznej. Przez większą część mojej obecności w terenie, w nader licznym towarzystwie sympatycznych jeży, zorzę widziałem gołym okiem przez dosłownie kilka minut około 21:00 UTC.

Subskrybuj nowe treści także poprzez kanał Polskiego AstroBlogera na YouTube

Jej krótkotrwała wyższa jasność była skutkiem podburzy zaistniałej w efekcie nagłej zmiany kierunku Bz wspomnianej w opracowaniu, która nastąpiła około 19:40 UTC: przeskok kierunku Bz -13 na +13nT był nie tylko początkiem trwałej już dominacji północnego kierunku pola magnetycznego wiatru słonecznego, ale też momentem uwolnienia "kumulowanej" przez poprzednie godziny energii w ogonie magnetosfery. W takiej sytuacji kilkanaście do kilkudziesięciu minut po przeskoku składowej Bz w tak gwałtowny sposób, następuje często krótkotrwałe nasilenie zorzy polarnej przez silne przyspieszenie cząsteczek z ogona magnetosfery ku atmosferze wzdłuż linii naszego pola magnetycznego i okres zwiększonej jej widoczności mimo, że w globalnym ujęciu cała burza już słabnie.

  

  

Sony A7SII + Samyang 24mm f/1.8 AF na f/1.8 (w trybie APS-C = ekw. 36 mm); crop, ISO 1000-2000, eksp. od 2,5 do 5 sek.; kadr 6 - stack 5x5 sek.

Przez większą część obserwacji mimo, że w jej trakcie osiągaliśmy globalnie kategorię G4 - zorza polarna wymagała aparatu fotograficznego i kilkunastosekundowych ekspozycji dla przekonania się o jej obecności. Obserwując niebo gołym okiem można było odnieść wrażenie, że to noc jak każda inna. Nawet ucieczka poza obszary zamieszkałe pod mniej zaświetlone niebo nie poprawiała sytuacji. W porównaniu do ubiegłorocznych zórz ta dziś podsumowywana nie ma nawet startu, ale jako, że była pierwszą w tym roku, jaką mi dane upolować, cieszy tak czy inaczej. Obecność Księżyca przed III kwadrą, mająca nadejść w drugiej połowie nocy, była już bez znaczenia, zważywszy na fakt, że burza wygasła zanim Srebrny Glob zdążył wyłonić się ponad horyzont.

 

Po lewej: indeks zaburzeń ziemskiego pola magnetycznego w okresie 15-17.04.2024 r. Obie noce (15/16 oraz 16/17.04) przyniosły widoczność zorzy polarnej z obszaru Polski, choć w przypadku pierwszej pod pełnym zachmurzeniem nad niemal całym krajem, podczas gdy w drugą noc - z bezchmurnym niebem nad Polską. Po pierwszej nocy aktywność geomagnetyczna wygasła na nieco ponad 6 godzin, ale w ciągu dnia 16.04 burza zyskała drugie życie za sprawą wejścia Ziemi w magnetyczny rdzeń CME przynoszący nasilenie i ustabilizowanie korzystnych warunków pola magnetycznego wiatru słonecznego, co poskutkowało nasileniem burzy do kategorii G4. Credit: SWPC. Po prawej: zbiorcze zestawienie danych aktywności słonecznej i geomagnetycznej za okres15-17.04.2024 r. z wyszczególnieniem aktywności rozbłyskowej, burzy radiacyjnej i magnetycznej. Credit: SWPC

Podsumowanie

Burza magnetyczna rozciągnęła się na dwie noce i trwała łącznie 27 godzin w dwóch etapach przerwanych 6-godzinnym okresem wygaszonej aktywności (16.04 03:00-09:00 UTC), na które złożyły się: po jednym epizodzie z burzą kategorii G4 (16.04 18-21UTC) i G3 (16.04 12-15UTC), trzy epizody z burzą umiarkowaną G2 oraz cztery epizody z burzą słabą G1.

Zapis warunków wiatru słonecznego z DSCOVR/ACE za okres 15-16.04.2025 r. Credit: SWPC

Początkowa faza burzy po przybyciu CME była tylko częściowo wykorzystująca dostępny potencjał wiatru słonecznego do wzburzania aktywności geomagnetycznej - ze składową Bz skierowaną na północ przez większą część nocy z 15/16.04 okazała się w dużym stopniu nieefektywna i ograniczająca wyraźniejszy rozwój zaburzeń pomimo podwyższonych parametrów gęstości i siły IMF. Dopiero w drugim etapie 16.04 wraz z wejściem w rdzeń magnetyczny CME uzyskaliśmy oczekiwaną w takiej sytuacji stabilność nasilonych parametrów pola magnetycznego uruchamiających na największą skalę aktywność.

Była to najsilniejsza burza od 1 stycznia 2025 roku, druga o tej samej skali i zarazem druga w całym 25. cyklu aktywności słonecznej, która w maksimum osiąga kategorię G4 będąc skutkiem uderzeń koronalnych wyrzutów masy z erupcji filamentów, a nie silniejszych rozbłysków w konkretnych grupach plam. Poprzedni taki przypadek obserwowaliśmy 28 czerwca 2024 roku - wówczas jednak burza była bardzo krótkotrwała i zachodziła wyłącznie w godzinach dziennych z perspektywy Polski. Tym razem, pomimo ogólnie subtelnej zorzy w drugi wieczór, Polacy mieli więcej szczęścia.

Wszystkim czytelnikom, którzy zechcieli wzbogacić niniejsze opracowanie swoimi fotografiami dziękuję za nadesłane zdjęcia oraz nierzadko ciekawe spostrzeżenia. Oby do rychłego - następnego razu!

Autorski komentarz do bieżącej aktywności słonecznej - podstrona Solar Update

Warunki aktywności słonecznej i geomagnetycznej wraz z objaśnieniami nt. interpretacji danych - podstrona Pogoda kosmiczna

  f    t    yt   Bądź na bieżąco z tekstami, zapowiedziami, alarmami zorzowymi i wiele więcej - dołącz do stałych czytelników bloga na Facebooku, obserwuj blog na X (Twitter), subskrybuj materiały na kanale YouTube lub zapisz się do Newslettera.